Er is een antibioticum ontdekt, lolamycine, dat gevaarlijke bacteriën doodt zonder het darmmicrobioom te beschadigen

Een recente studie gepubliceerd in Nature heeft aangetoond dat wetenschappers in de VS een nieuw selectief antibioticum hebben ontwikkeld en ontdekt, genaamd lolamycine, dat zich richt op het lipoproteïnetransportsysteem bij Gram-negatieve bacteriën. De onderzoekers ontdekten dat lolamycine effectief is tegen multiresistente Gram-negatieve pathogenen, effectief is in muisinfectiemodellen, het darmmicrobioom in stand houdt en secundaire infecties voorkomt.

Antibiotica kunnen het darmmicrobioom verstoren, wat leidt tot een verhoogde gevoeligheid voor ziekteverwekkers zoals C. Difficile en het risico op gastro-intestinale, nier- en hematologische problemen vergroot. De meeste antibiotica, zowel Gram-positief als breedspectrum, beschadigen de darmcommensalen en veroorzaken dysbiose. De impact van uitsluitend Gram-negatieve antibiotica op het microbioom is onduidelijk vanwege hun zeldzaamheid. Hun detectie is moeilijk omdat de meeste antibiotische doelwitten worden gedeeld door Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën. Omdat het darmmicrobioom een verscheidenheid aan Gram-negatieve bacteriën bevat, kunnen promiscue antibiotica zoals colistine aanzienlijke dysbiose veroorzaken, waardoor het gebruik ervan wordt beperkt.

Ondanks de groeiende behoefte aan nieuwe antibacteriële middelen voor Gram-negatieve bacteriën als gevolg van resistente infecties, is er de afgelopen 50 jaar geen nieuwe klasse goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA). De ontdekking wordt bemoeilijkt door de complexe membraanstructuur en effluxpompen van Gram-negatieve bacteriën. Het ontwikkelen van een antibioticum dat uitsluitend Gram-negatief is en dat het microbioom in stand houdt, vereist het richten op een belangrijk eiwit dat uniek is voor Gram-negatieve bacteriën, met aanzienlijke homologieverschillen tussen pathogene en commensale bacteriën. In deze studie ontwikkelden en rapporteerden wetenschappers een nieuw antibioticum genaamd lolamycine, dat zich richt op het periplasmatische lipoproteïne Lol-transportsysteem dat belangrijk is voor een verscheidenheid aan Gram-negatieve pathogenen.

In deze studie richtten de wetenschappers zich op LolCDE, een sleutelcomponent van het Lol-systeem in gramnegatieve bacteriën. Er werden screenings uitgevoerd om potentiële remmers van dit systeem te vinden, die vervolgens werden gesynthetiseerd en geëvalueerd. De werkzaamheid van lolamycine werd getest tegen multiresistente klinische isolaten van E. Coli, K. Pneumoniae en E. Cloacae. Er zijn gevoeligheidsstudies uitgevoerd met lolamycine en andere verbindingen.

Er werden Lolamycine-resistente mutanten ontwikkeld en vergeleken op conditie. Het bacteriedodende effect van lolamycine werd bestudeerd met behulp van groeicurves. Confocale microscopie werd gebruikt om fenotypische veranderingen in doelbacteriën waar te nemen. Moleculaire modellering en dynamische simulaties, ensemble-docking en clusteranalyse werden gebruikt om de bindingsplaatsen en het remmingsmechanisme van lolamycine te onderzoeken.

Bovendien werden muizen gedurende drie dagen intraperitoneaal behandeld met pyridinepyrazool (verbinding 1) en lolamycine. Er zijn farmacokinetische onderzoeken uitgevoerd om de biologische beschikbaarheid van lolamycine te evalueren. Infectiemodellen werden gebruikt om de effectiviteit van lolamycine en verbinding 1 bij de behandeling van longontsteking en bloedvergiftiging te vergelijken, waarbij lolamycine ook oraal werd toegediend. De microbiomen van de muizen werden geanalyseerd met behulp van hun fecale monsters via 16S ribosomale RNA-sequencing. Bovendien werden met antibiotica behandelde muizen blootgesteld aan C. Difficile om hun vermogen te beoordelen om de ziekteverwekker zelf te elimineren.

Lolamycine, een remmer van het LolCDE-complex, heeft een hoge activiteit getoond tegen specifieke Gram-negatieve pathogenen met een lage accumulatie in E. Coli. Lolamycine vertoonde selectiviteit en behield zowel grampositieve als gramnegatieve commensale bacteriën. Het vertoonde minimale toxiciteit voor zoogdiercellen en bleef effectief in aanwezigheid van menselijk serum. Lolamycine vertoonde een hoge activiteit tegen multiresistente klinische isolaten van E. Coli, K. Pneumoniae en E. Cloacae. Lolamycine presteerde beter dan andere verbindingen en vertoonde een beperkt bereik aan minimale remmende concentraties en effectiviteit tegen multiresistente stammen.

Sequentiebepaling van lolCDE in resistente stammen bracht geen mutaties aan het licht die geassocieerd zijn met resistentie tegen lolamycine, wat het potentieel ervan als veelbelovend kandidaat-antibioticum benadrukt. Lolamycin vertoonde een lage resistentiefrequentie onder de stammen. De LolC- en LolE-eiwitten werden geïdentificeerd als doelwitten, met specifieke mutaties geassocieerd met resistentie. Lolamycine vertoonde bacteriedodende of bacteriostatische effecten tegen de geteste bacteriën. Er werd zwelling waargenomen van cellen behandeld met lolamycine, wat wijst op een verstoring van het lipoproteïnetransport. Lolamycine-resistente mutanten vertoonden veranderde fenotypische reacties op de behandeling, wat de betrokkenheid van LolC en LolE suggereert.

Lolamycine verstoorde het transport van lipoproteïnen door de binding op de plaatsen BS1 en BS2 competitief te remmen. Hydrofobe interacties bleken de belangrijkste te zijn, wat de afname van de effectiviteit van verbindingen met primaire aminen verklaart. Resistentiemutaties beïnvloedden de bindingsaffiniteit van lolamycine, wat hun rol bij het destabiliseren van bindingsplaatsen benadrukt. Lolamycine vertoonde een superieure werkzaamheid vergeleken met Verbinding 1 bij het verminderen van de bacteriële last en het verhogen van de overleving in infectiemodellen waarbij multiresistente bacteriën betrokken waren, zoals E. Coli AR0349, K. Pneumoniae en E. Cloacae.

Orale toediening van lolamycine vertoonde een significante biologische beschikbaarheid en werkzaamheid, waardoor de bacteriële belasting werd verminderd en de overleving werd vergroot van muizen die waren geïnfecteerd met colistine-resistente E. Coli. Lolamycine had minimale effecten op het darmmicrobioom, waardoor de rijkdom en diversiteit ervan behouden bleef in vergelijking met amoxicilline en clindamycine. Minimale kolonisatie van C. Difficile werd waargenomen bij met lolamycine behandelde muizen en controledieren. Daarentegen slaagden muizen die werden behandeld met amoxicilline of clindamycine er niet in om C. Difficile te elimineren, wat een hoge kolonisatie vertoonde gedurende het hele experiment.

Concluderend identificeert dit baanbrekende onderzoek lolamycine als een specifiek antibioticum dat het potentieel heeft om schade aan het darmmicrobioom te minimaliseren en secundaire infecties te voorkomen. Verder onderzoek en klinische onderzoeken zijn nodig om de klinische bruikbaarheid van het medicijn te bevestigen. In de toekomst kunnen de microbioombehoudende effecten van lolamycine in de klinische praktijk aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van de huidige breedspectrumantibiotica, waardoor de patiëntresultaten en de algehele gezondheid worden verbeterd.